第五章21 装配基本知识

第五章装配基本知识

机械设备或产品的制造过程要经过设计—零件制造—装配三个制造过程。装配是机械设备(产品)制造过程中的最后一个阶段，在这一阶段中，要进行装配、调整、检验和试验等工作，因此装配在机械产品制造过程中占有非常重要的地位，装配工作的好坏，对产品质量起着决定性作用。装配工作是一项非常重要的工作，必须认真按照产品装配图的要求，制订出合理的装配工艺规程以及采用新的装配工艺，以提高装配精度，达到优质、高效、低耗的目的。

装配工作的重要性在于机械设备(产品)的质量，如工作性能、使用效果和使用寿命等，最终是由它来保证的。同时装配工作也是对机械设备(产品)和零件加工质量的一次总检验，发现装配中存在的问题而不断改进。装配工作占有较多的劳动量，因此它对产品的经济效益有较大的影响。随着机器装配在整个机器制造中所占的比重日益加大，装配工作的技术水平和劳动生产率必须大幅度提高，才能适应整个机械工业的发展形势。本章重点介绍为达到装配精度而采取的四种装配方法、各自优缺点、使用场合以及与装配精度相关的尺寸链求解算法。

§5—1装配工艺概述

一、装配的概念

任何机械设备或产品都是由若干零件和部件组成的。零件是构成机器(或产品)的最小单元。两个或两个以上零件结合成机器的一部分称为部件。按规定的技术要求，将若干零件结合成部件或若干个零件和部件结合成机械设备或产品的过程称为装配；前者称为部件装配，后者称为总装配。最先进入装配的零件或部件称为装配基准件。直接进入组件装配的部件称为分组件。可以独立进行装配的部件（组件、分组件）称为装配单元。

二、装配工艺过程

产品的装配工艺过程包括以下四个部分：

1.装配前的准备工作

(1)研究和熟悉产品装配图、工艺文件和技术要求，了解产品的结构、功能、各主要零件的作用以及相互之间的连接关系，并对与装配零部件相配套的品种及其数量进行检查。

(2)确定装配方法和顺序，准备所需要的工具。

(3)对装配的零件进行清理和清洗，去除零件上的毛刺、铁锈、切屑、油污及其它脏物，以获得所需的清洁度。

(4检查零件加工质量，对某些零件进行必要的平衡试验、渗漏试验和气密性试验等。

2.装配工作

结构复杂的产品，其装配工作通常分为部件装配和总装配。

(1)部件装配指产品在进入总装以前的装配工作。凡是将两个以上的零件组合在一起或将零件与几个组件结合在一起，成为一个单元的装配工作，称为部件装配。

(2)总装配将零件和部件结合成一台整机的装配工作，称为总装配。

3.调整、精度检验和试车

(1)调整调节零件或机构的相互位置、配合间隙、结合面松紧程度等，目的是使机构或机器工作协调，如轴承间隙、镶条位置、蜗轮轴向位置的调整等。

(2)精度检验指几何精度检验和工作精度检验等。几何精度通常是指形位精度，如车床总装后要检验主轴中心线和床身导轨的平行度、中拖板导轨和主轴中心线的垂直度以及前后两顶尖的等高程度。工作精度一般指切削试验，如车床进行车外圆或车端面试验。

(3)试车试验机构或机器运转的灵活性、密封性、振动、工作温度、噪声、转速、功率等性能参数是否符合要求。

4.喷漆、涂油、装箱

喷漆是为了防止不加工面的锈蚀和使机器外表美观；涂油是使工作表面及零件已加工表

面不生锈；装箱是为了便于运输。它们也都需结合装配工序进行。

三、装配工艺的组织形式

随着产品生产类型和复杂程度的不同，装配工艺的组织形式也不同。一般分为固定式装配和移动式装配两种。

1.固定式装配

固定式装配是将产品或部件的全部装配工作都安排在一个固定的工作地点进行。在装配过程中产品的位置不变，装配所需要的零件和部件都汇集在工作地点附近，主要应用于单件或小批量生产中。

2.移动式装配

移动式装配是指工作对象(部件或组件)在装配过程中，有顺序地由一个工人转移到另一个工人，即所谓流水装配法。移动装配时，每个工作地点重复地完成固定的工作内容，并且广泛地使用专用设备和专用工具，因此装配质量好，生产效率高，是一种先进的装配组织形式，适用于大量生产，如汽车装配等。

四、装配工艺规程

1.装配工艺规程及作用

装配工艺规程是规定装配全部部件和整个产品的工艺过程，以及所使用的设备和工夹量具等的技术文件。一般来说，工艺规程是生产实践和科学实验的总结，是符合“优质、高效、低耗”的原则，是提高产品质量和劳动生产率的有效措施，也是组织生产的重要依据。

2.装配工艺规程的制定

(1)对产品进行分析认真研究产品装配图、装配技术要求及相关资料，了解产品的结构特点和工作性能，根据企业的生产设备、规模等具体情况决定装配的组织形式和保证装配精度的装配方法。

(2)对产品进行分解划分装配单元，确定装配顺序。通过对产品进行工艺性分析，将产品分解成若干可独立装配的组件和分组件，即装配单元。

确定产品和各装配单元装配顺序时，应首先确定装配基准件。部件装配应从基准零件开始，总装配应从基准部件开始，然后根据装配结构的具体情况，按照先下后上，先内后外，先难后易，先精密后一般，先重大后轻小的规律去确定其他零件或装配单元的装配顺序。

(3)绘制装配单元系统图表示产品装配单元的划分及其装配顺序的示意图称为装配单元系统图。当产品结构较复杂时，为了使装配系统图不过分复杂，可分别绘制产品总装及各级部装的装配单元系统图。如图5—1所示为某锥齿轮轴组件的装配图，经分解其装配顺序可按图5—2所示进行，图5—3所示为该组件的装配单元系统图。

装配单元系统图的绘制方法：

1)先画一条横线，在横线左端画出代表该基准件的小长方格，在横线右端画出代表产品的小长方格。

2)按装配顺序从左向右将能直接装到产品上的零件或组件的小长方格从横线引出，零件画在横线上面，组件画在横线下面，长方格内注明零件或组件名称、编号和件数。

3)同样方法把每一组件及分组件的系统图展开画出。

(4)划分装配工序及装配工步根据装配单元系统图，将机器或部件的装配工作划分成装配工序和装配工步。

1)装配工序由一个工人或一组工人在不更换设备或工作地点的情况下完成的装配工作。

2)装配工步由一个工人或一组工人在固定的位置，利用同一工具，不改变工作方法的情况下完成的装配工作。

部件装配和总装配都是由若干个装配工序所组成，一个装配工序可以包括一个或几个装配工步。由装配单元系统图可以清楚地看出产品的装配过程，装配所需零件的名称、编号和数量，并可以根据它划分装配工序，能起到指导和组织装配工艺的作用。

(5)制定装配工艺卡片单件小批量生产，不需制定工艺卡，工人按装配图和装配单元系统图进行装配。成批生产应根据装配单元系统图分别制定总装和部装的装配工艺卡片。表5—1为锥齿轮轴组件装配工艺卡片，它表明了每一工序的工作内容、所需设备、工夹量具、工人技术等级和时间定额等。大批量生产则需一序一卡。

表5—1 锥齿轮轴组件装配工艺卡片

（锥齿轮轴组件装配图）

装配技术要求

⒈组装时，各装入零件应符合图样要求

⒉组装后圆锥齿轮应转动灵活，无轴向窜动

厂名装配工艺卡产品

型号

部件名称装配图号

轴承套

车间名称工段班组

工序

数量

部件数净重装配车间41

工序号工步号装配内容设备

工艺装配

名称编号

工人

等级工序时间

续表

§5—2 装配时的连接和配合

装配中，零、部件相互之间的连接与配合，应保证零、部件之间的相互位置准确，连接可靠以及配合面松紧适当等。

一、装配时连接的种类

零件的连接方式可分为固定连接和活动连接。固定连接能保证装配好后的相配零件间相互位置不变；活动连接能保证装配好后的相配零件间有一定的相对运动。在固定连接和活动连接中，又根据它们能否拆卸分为可拆卸连接和不可拆卸连接两种。可拆卸连接是指这类连接不损坏任何零件，拆卸后还能重新装在一起，见表5—2。

表5—2 连接的种类

固定连接活动连接

可拆的不可拆的可拆的不可拆的

二、装配方法

为了保证机器的工作性能和精度，在装配中必须达到零、部件相互配合的规定要求。根据产品的结构，生产条件和生产批量的不同，为保证规定的配合要求，一般可采用如下四种装配方法。

1.完全互换法

装配时，在同类零件中任取一个装配零件，不经修配和调整即能达到装配精度要求的装配方法称为完全互换法。按完全互换法进行装配的产品，其装配精度完全由零件制造精度保证。

完全互换法的特点：

(1)装配操作简便，生产效率高；

(2)对工人技术水平要求不高；

(3)容易确定装配时间，便于组织流水线装配；

(4)便于实现零部件专业化协作；

(5)备件供应方便。

2.选配法

将零件的制造公差适当放宽，然后选取其中尺寸相当的零件进行装配，以达到配合要求，这种方法称为选配法。选配法又分为直接选配法和分组选配法两种。

(1)直接选配法由装配工人直接从一批零件中选择“合适”的零件进行装配。这种方法比较简单，其装配质量凭工人的经验和感觉来确定，但装配效率不高。

(2)分组选配法将一批零件逐一测量后，按实际尺寸的大小分成若干组，然后将尺寸大的包容件(孔)与尺寸大的被包容件(轴)相配，将尺寸小的包容件与尺寸小的被包容件相配。这种装配方法的配合精度决定于分组数，增加分组数可以提高装配精度。

分组选配法的特点：

1)因零件制造公差放大，所以加工成本降低；

2)增加了对零件的测量分组工作量，并需要加强对零件的储存和运输的管理。同时会造成半成品和零件的积压；

3)经分组选择后零件的配合精度高。

分组选配法常用于成批或大量生产，要求配合件的组成数少，又不便于采用调整装配的情况但装配精度高。如柴油机的活塞与缸套、活塞与活塞销等。

3.修配法

在装配过程中，修去某配合件的预留量，以消除其积累误差，使配合零件达到规定的装配精度，此装配方法称为修配法。

修配法的特点：

(1)零件的加工精度要求降低，不需要高精度的加工设备，节省机械加工时间；

(2)装配工作复杂化，装配时间增加，适用于单件、小批生产或成批生产高精度的产品。

4.调整法

在装配时，调整一个或几个零件的位置，以消除零件间的积累误差，来达到装配的配合要求。如用不同尺寸的可调节螺母或螺钉、镶条等来调整配合间隙。

调整法的特点：

(1)装配时，零件不需要做任何修配加工，只靠调整就能达到装配精度要求；

(2)调整法易使配合件的刚度受到影响，有时会影响配合件的位置精度和寿命，所以在调整时要认真仔细，要求调整后，固定坚实牢靠；

(3)可以定期进行调整，调整后容易恢复配合精度，对于容易磨损而需要改变配合间隙的结构，极为方便有利。

§5—3 装配前的准备工作

一、装配零件的清理和清洗

在装配过程中，零件的清理和清洗工作对提高装配质量，延长产品使用寿命具有重要的作用，特别是对轴承、精密配合件、液压元件、密封件以及有特殊要求的零件更为重要。如装配主轴部件时，若清理和清洗工作不严格，将会造成轴承发热和过早丧失其精度，也会因

为污物和毛刺划伤配合表面而加速磨损，甚至会发生咬合等严重事故。

1.零件的清理

(1)清除零件上残存的型砂、铁锈、切屑、研磨剂、油污等，特别是要仔细清理孔、沟槽等易存污垢的部位；

(2)将所有待装的零部件按零部件图号分别进行清点和放置；

(3)在装配后，必须清除装配中因配做钻孔、攻丝等补充加工所产生的切屑；

(4)试车后，必须清洗因摩擦而产生的金属微粒和污物。

2.零件的清洗

(1)清洗方法单件或小批量生产，常将零件置于清洗槽内手工清洗或冲洗；成批大量生产常在洗涤机中清洗零件。清洗时，可以根据具体情况采用气体清洗、浸酯清洗、喷淋清洗、超声波清洗等。

清洗零、部件时，可以采用汽油、煤油、柴油和化学清洗液。其性能及用途如下：

1)工业汽油，适用于清洗较精密的零部件，主要用于清洗油脂，污垢和一般粘附的机械杂质，航空汽油则用于清洗质量要求高的零件。汽油易燃，使用时要注意防火。

2)煤油和柴油的用途与汽油类似，清洗能力不及汽油，清洗后干燥较慢，但比汽油安全。

3)化学清洗液，又称乳化剂清洗液，对油脂、水溶性污垢具有良好的清洗能力。这种清洗液配制简单，具有较好的稳定性、缓蚀性，无毒，不易燃，使用安全，以水代油，节约能源，成本低等特点。常用的有6501、6503和105清洗剂等，可用于冲洗钢件上以机油为主的油垢和机械杂质。

清洗时注意事项：

1)对于密封圈等橡胶制品，严禁用汽油清洗，以防发涨变形，而应使用酒精或清洗剂代替。

2)清洗零件时，可根据不同精度要求的零件，选用棉纱或泡沫塑料擦除。滚动轴承不能使用棉纱清洗，防止棉纱头进入轴承内，影响轴承装配质量。

3)清洗后的零件，应等零件上的油滴干后，再进行装配，以防污油影响装配质量。同时清洗后暂不装配的零件应妥善保管，防止脏物和灰尘再次污染零件。

4)零件的清洗工作，可分为一次性清洗和二次性清洗。零件在第一次清洗后，应检查配合表面有无碰损和划伤。对于有损伤的零件在修整时可用油石、刮刀、砂布、细锉进行去刺修光，但应注意不要损伤零件。经过检查修整后的零件，应再进行二次性清洗。

3.清洁度的检测

清洁度是指经过清理和清洗后的零部件以至装配完成后的整机含有杂质的程度。杂质包括金属粉屑、铁锈、棉纱头、污垢等。检测时要对主要零件的孔、槽、内外表面及一般零件的工作面，以及机械传动、液压、电气系统等都要进行检测。

二、旋转件的平衡

能够旋转的零部件统称为转子。如带轮、齿轮、飞轮、叶轮、砂轮等都是转子。由于这些零件的材料密度不均，本身形状对旋转中心不对称，加工或装配产生误差等原因，造成重心与旋转中心发生偏移，工作时因有不平衡量而产生离心力引起机械振动，造成机器工作精度降低、零件寿命缩短、噪声增大，甚至发生破坏性事故。旋转件不平衡的形式可分为静不平衡和动不平衡两类。

1.静不平衡

旋转件在径向各截面上有不平衡量，由此所产生的离心力的合力通过旋转件的重心，这种不平衡称为静不平衡。静不平衡的零件只有当它的偏重在铅垂线下方时才能静止不动。在旋转时，由于离心力而使轴产生向偏重方向的弯曲，并使机器产生振动，如图5—4所示。

(1)静平衡法消除旋转件静不平衡的方法称为静平衡法。静平衡法只能平衡旋转重心的不平衡，而无法消除不平衡转距。静平衡是在圆柱形、菱形等平衡支架或静平衡机上进行的，如图5—5所示。

静平衡的方法是首先确定旋转件上不平衡量的大小和位置，然后去除或抵消不平衡量对旋转的不良影响。静平衡的具体步骤如下：

1)将待平衡的旋转件装在心轴上，将其放在平衡支架上。静平衡支架的支承面必须坚硬、光滑和具有良好的直线度、平行度要求。两个支承面必须调至水平以使旋转件在其上滚动时具有较高的灵敏度，以保证静平衡能达到较高的精度。

2)用手轻推旋转体使其缓慢转动，待其自动静止后，在旋转件正下方作标记，重复转动

若干次，确认所作记号位置不变，则此方向为不平衡量的方向。

3)然后在与记号相对的部位，粘贴一质量为m的橡皮泥，使m对旋转中心产生力矩，

mr ，如图5—6所示。这样，旋转件恰好等于不平衡量G对旋转中心产生的力矩，即Gl

便可获得静平衡。

4)去掉橡皮泥，在不平衡量处(与m相对直径上l处)去除一定质量G或在其所在部位附加相当于质量m的重块。待旋转件可在任意角度位置均能在支架上停留时，即能达到静平衡。

校正静平衡的方法有增重法和减重法，如表5—3所示。

表5—3 静平衡的方法

(2)静平衡的应用

由于在做静平衡试验时存在各种摩擦阻力的影响，不可能平衡掉微小的不平衡质量，使平衡精度受到一定限制。静平衡只能平衡旋转件重心的不平衡，无法消除不平衡力矩。因此，静平衡只适用于“长径比”较小(一般长径比小于2.0)或长径比虽较大，但转速不太高的旋转件。

2.动不平衡

旋转件在径向截面上有不平衡量且由此产生的离心力形成不平衡力矩，所以旋转件在旋转时不仅会产生垂直于轴线的振动，而且还会使旋转轴线产生沿轴线倾斜的力矩，这种不平衡称为动不平衡。如图5—7所示。

消除动不平衡的方法称为动平衡法。动平衡一般是在动平衡机上进行的。对于长径比比较大或转速较高的转子，通常都要进行动平衡试验。动平衡不仅可以平衡掉不平衡质量所产生的离心力，而且可以平衡离心力所产生的转矩，因此动平衡也包括了静平衡。但在动平衡

试验之前应该先要进行静平衡试验，以去除较显著的不平衡质量，防止发生因振动过大而损坏机件。

三、零部件的密封性能试验

对于某些有密封要求的零部件，如液压机床的液压元件、各种阀类、液压缸、泵体、气缸套和气阀等，要求在一定压力下不允许发生漏油、漏水或漏气的现象，也就是要求这些零件在一定的压力下具有可靠的密封性。但是，由于零件在铸造过程中容易出现砂眼、气孔及组织疏松等缺陷，致使工作中液体或气体渗漏。因此在装配前应进行密封性试验，否则会对机器的质量产生很大的影响。下面简要介绍生产中常用的两种密封性试验法。

1.气密性试验

气密性试验是在规定的压力下，测定产品或零部件气密程度的试验。如图5—8所示。这种试验适用于承受工作压力较小的零部件。试验前，首先将零、部件的各孔全部封闭，然后浸入水箱中并向试件内部通空气。此时，密封的零部件在水箱中应没有气泡。当有泄漏时，可根据气泡的密度来判定是否符合技术要求。

2.渗漏试验

渗漏试验是在规定压力下，检验产品或零部件对试验液体的渗漏情况。如图5—9所示。这种试验适用于承受工作压力较大的零部件。试验前，除将试件接头与液压泵相连接外，还应将其它各孔全部封闭。通过液压泵将液体注入试件内部，并使液体达到一定压力后，观察试件接口或焊缝等各部分是否有渗透、泄露等现象，依次来判断试件的密封性能。对于容积较小零部件的渗漏试验采用手动油泵注油；对于容积较大的零部件采用机动油泵注油。

§5—4 装配方法和装配尺寸链

一、装配方法

为了保证机器的工作性能和精度，在装配中必须达到零、部件相互配合的规定要求。根据产品的结构、生产条件和生产批量的不同，保证装配精度的方法有：互换法、选配法、修配法和调整法四大类。

1.互换法

零件按一定公差加工后，装配时不经任何修配和调整即能达到装配精度要求的装配方法称为互换法。按其互换程度，互换法可分为完全互换法和不完全互换法。

2.选配法

相互配合的零件按经济精度进行加工，把尺寸链中组成环的制造公差放大到经济许可的程度，然后选取合适的零件进行装配，以保证封闭环的精度达到规定的装配要求。这种方法称为选配法。选配法又可分为直接选配法和分组选配法两种。

3.修配法

在单件小批量生产时,当装配精度要求高而且组成环较多时，互换法、选配法均不能采用。此时可将零件按经济精度加工，而在装配时通过修配方法改变尺寸链中某一预先规定的组成环尺寸，使其满足装配精度要求。这个装配方法称为修配法。这个被规定的组成环称为修配环。

4.调整法

调整法的实质与修配法相似，只是具体办法有所不同而已。在调整法中，一种是用一个可调节的零件来调整它在装配中的位置以达到装配精度；另一种是增加一个定尺寸零件

（如垫片、垫圈、套筒）以达到装配精度。前者称为移动装配法，如图5—10所示；后者称为固定装配法，如图5—11所示。 二、 装配尺寸链 1.装配尺寸链的概念

在机器的装配过程中，常常见到一些相互联系的尺寸，而这些相互联系的尺寸，按一定顺序构成一个封闭的尺寸组合，称为装配尺寸链。例如，在图5—12a 中，齿轮轴与轴配合间隙0A 的大小与孔径1A 及轴径2A 的大小有关；在图5—12b 中，齿轮端面和箱内壁凸台端面配合间隙0B 的大小与箱内壁凸台端面距离尺寸1B 、齿轮宽度2B 及垫圈厚度3B 的大小有关；在图5—12c 中，机床床鞍和导轨之间配合间隙0C 的大小与尺寸1C ，2C 及3C 的大小有关。

装配尺寸链的特点：

(1)组件内各零件的相关尺寸连接在一起，构成封闭外形； (2)构成封闭外形的每个独立尺寸的偏差都影响装配精度。 2.装配尺寸链简图

装配尺寸链可以从装配图中找出。为简便起见，通常不绘出该装配部分的具体结构，也

不必按严格的比例，而只是依次绘出各有关尺寸，排列成封闭外形的尺寸链简图。图5—13所示的3种情况，其装配尺寸链简图如图5—13所示。

3.装配尺寸链的环

尺寸链的每一个尺寸称为尺寸链的环，环又分为封闭环和组成环，而组成环又有增环和减环。每个尺寸链中至少应有3个环。

(1)封闭环 在机器装配或零件加工过程中，最后间接获得的尺寸，称为封闭环。封闭环在一个线形尺寸链中只有一个，如图5—13中的0A ，0B 和0C 。在装配尺寸链中封闭环即为装配技术要求。

(2)组成环 在尺寸链中，除封闭环以外，其它环均为组成环。它是加工中直接得到的尺寸，将直接影响封闭环尺寸的大小。同一尺寸链中的组成环，用同一字母表示，如图5—13中的1A ，2A ；1B ，2B ，3B 和1C ，2C ，3C 。

(3)增环 在其他组成环不变的条件下，当某组成环尺寸增大或减小时，封闭环尺寸也随之增大或减小，则该组成环称为增环。在图5—13中，1A ，1B ；2C 和3C 为增环，用符号

1A ?，1B ? ；2C ?

和3C ?表示。

（4）减环 在其他组成环不变的条件下，当某组成环尺寸增大或减小时，封闭环也随之减小或增大，那么该组成环称为减环。在图5—13中， 2A ，2B ，3B 和1C 为减环，用符号

2A ω，2B ω，3B ω和1C ω

表示。

增环和减环的判断方法：一是根据定义；另一是沿着尺寸链的一个方向，向着尺寸线的终端画箭头，箭头方向与封闭环上所标箭头方向相同的为减环，与封闭环上所标箭头方向相反的为增环。如图5—13所示。

4.装配尺寸链的封闭环极限尺寸及公差

由尺寸链简图可以看出，封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和。即：